Определение параметров состояния

Определение истинной плотности. Истинную плотность материала – массу единицы объёма вещества в абсолютно-плотном состоянии (без пор) – вычисляют по формуле

где m – масса сухого (высушенного до постоянной массы при 100…110 °С) материала в абсолютно плотном состоянии, кг (г);
Va – объём материала без пор и пустот, м³ (см³).

Для проведения испытания используют пикнометрический способ. Материал в ступке измельчают в порошок. Просеянный через сито № 0125 порошок высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 100...110 °С, а затем охлаждают в эксикаторе до комнатной температуры. От подготовленной пробы отвешивают на электронных весах 3...5 г (m₁) материала (рис. 1, а) и всыпают ложечкой через воронку в предварительно взвешенный пикнометр известной массы, затем аккуратно добавляют жидкость (воду) до тех пор, пока ее уровень не заполнит широкую часть колбы. Для удаления воздуха необходимо энергично повернуть 2...3 раза пикнометр вокруг вертикальной оси и поставить в вакуум-шкаф на 15...20 минут. Операция вакуумирования предназначена для более полного удаления воздуха из микропор и микрощелей материала.

После выдержки в вакуум-шкафу в пикнометр добавляют жидкость до риски и взвешивают на электронных весах (m₃) (рис. 1.1, в). Затем пикнометр освобождают от содержимого, тщательно промывают, подсушивают в сушильном шкафу и заполняют жидкостью до риски, после чего взвешивают на электронных весах (m₂) (рис. 16).

а) б) в)

Рис. 1.1. Схема определения истинной плотности

Истинную плотность r_u, кг/м³(г/см³), материала вычисляют по формуле

,

где r_ж – плотность жидкости (рекомендуется применять жидкость инертную по отношению к материалу). В качестве жидкости могут быть использованы дистиллированная вода (ρ_в = 1,0 г/см³), керосин (ρ_к = 0,80 г/см³), бензин (ρ_б = 0,71 г/см³).

Определение средней плотности. Среднюю плотность материала – массу единицы объема вещества в естественном состоянии (с порами) определяют по формуле

где m – масса сухого (высушенного до постоянной массы при 100...110 °С) материала в естественном состоянии, кг(г); V_ест – объем материала с порами и пустотами, м³ (см³).

Определение средней плотности образца
правильной геометрической формы

Для определения объема образца правильной геометрической формы следует произвести измерения его линейных размеров.

Объем образца (см³), имеющего форму куба или параллелепипеда, вычисляют по формуле:

,

где а_ср, b_ср, h_ср – средние значения размеров граней образца, см.

Объем образца цилиндрической формы (см³) определяют по формуле

где p – 3,14; d_ср – средний диаметр цилиндра, см; h_ср – средняя высота цилиндра, см

Зная объем и массу образца, по формуле (1.1) можно вычислить его среднюю плотность как среднее арифметическое трех ее значений различных образцов. Результаты испытания сравнивают с данными, приведенными в прил. 1. В отчете зарисовывают образцы правильной геометрической формы с указанием размеров.

Определение средней плотности образца неправильной геометрической формы. Методика основана на вытеснении образцом из сосуда жидкости, в которую его погружают, для чего используют гидростатические весы. Высушенный пористый образец неправильной формы взвешивают на электронных весах (m), затем парафинируют (погружают его в расплавленный парафин, предварительно закрепив нитью, либо наносят на него кисточкой тонкий слой парафина). Парафинированный образец взвешивают сначала на воздухе (m₁), затем в воде на гидростатических весах (m₂) (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Взвешивание образца на гидростатических весах:
1 – сосуд с водой; 2 – подвес для образца; 3 – образец; 4 – весы;
5 – разновес

Среднюю плотность образца неправильной формы r_m вычисляют по формуле

где (m₁ – m₂)/r_в – величина, соответствующая объему образца, покрытого парафином, м₃ (см₃) (по закону Архимеда); r_в –плотность воды, кг/м₃ (г/см₃); (m₁ – m)/r_п – величина, соответствующая объему парафина, израсходованного на покрытие образца, м₃ (см₃);
r_п – плотность парафина, равная 0,93 г/см₃.

Определение насыпной плотности сыпучих материалов. Насыпная плотность – масса единицы объема материала в рыхлонасыпном состоянии.

Для определения насыпной плотности используют мерный цилиндр, объем которого зависит от крупности зерен сыпучего материала: чем выше наибольшая крупность зерен, тем больше объем цилиндра. В частности, объем мерного цилиндра для песка должен быть 1 л, для щебня (гравия) – 5...50 л. Сыпучий материал насыпают совком с высоты 10 см в предварительно взвешенный мерный цилиндр до образования конуса над его краями. Излишек материала срезают металлической линейкой вровень с краями, цилиндр с сыпучим материалом взвешивают.

Определение насыпной плотности r_н производят по формуле

где m₁ – масса цилиндра без материала, г (кг); m₂ – масса цилиндра с материалом, г (кг); V – объем цилиндра, см³ (м³).